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通過光操縱的神經(jīng)元（圖片來源：Dr. Chris Henstridge/Science Photo Library） 撰文 | 凱倫·溫特勞布（Karen Weintraub） 翻譯 | 何雨珊 審校 | 楊心舟 最近，斯坦福大學(xué)的科學(xué)家用光信號激活了小鼠的一部分腦細(xì)胞，使它們產(chǎn)生了視幻覺。研究人員只需刺激其部分神經(jīng)元，小鼠就好像感知到了某些不存在的東西，這意味著，大腦的可塑性可能遠(yuǎn)比我們所認(rèn)為的要強。 在小鼠觀察到圖像并將信息傳輸進大腦時，只有極少數(shù)的細(xì)胞參與了這一過程?！霸谶@種情況下，為什么我們不會時刻產(chǎn)生視幻覺呢？”這項研究的通訊作者卡爾·德瑟羅斯提出了這一問題。 目前，科學(xué)家還不清楚健康的大腦是如何避免產(chǎn)生幻覺的，但是“作為一名精神病學(xué)家，幻覺會讓我聯(lián)想到精神疾病中很多非本人意愿的怪異行為，”德瑟羅斯提到了精神分裂癥和其他疾病，他希望從幻覺入手，對這些疾病進行更深層次的研究。 最近發(fā)表在《科學(xué)》上的研究中，德瑟羅斯訓(xùn)練了小鼠的視覺與感知過程，同時記錄了此時大腦活動相關(guān)的神經(jīng)元。之后只要去刺激這部分的神經(jīng)元，小鼠就會產(chǎn)生“幻覺”，仿佛看見了訓(xùn)練時看到的圖像一樣。 倫敦大學(xué)學(xué)院神經(jīng)科學(xué)教授邁克爾·H·烏瑟表示，這項新的工作將幫助科學(xué)家“了解大腦皮層中的神經(jīng)回路是如何讓我們感知世界的”，他本月在《細(xì)胞》上發(fā)表了一項類似的研究。 在德瑟羅斯的實驗中，研究人員讓小鼠觀察白色背景上垂直和水平的黑條來接受簡單的視覺刺激，并訓(xùn)練它們看到垂直條帶時舔管子喝水。德瑟羅斯記錄了小鼠在該過程中視覺皮層的神經(jīng)活動，即使不給出圖像，只要用光遺傳學(xué)技術(shù)刺激相同的區(qū)域的神經(jīng)元，小鼠對不存在事物也會產(chǎn)生感知。那些沒有直接被刺激的神經(jīng)元，也會產(chǎn)生看到圖像時的類似活動。 接著，研究人員逐漸降低了圖像的對比度，直到小鼠難以分辨出垂直條帶和水平條帶。但當(dāng)研究人員刺激那些對垂直條帶作出反應(yīng)的神經(jīng)元時，老鼠能夠更好地在模糊圖像中正確分辨出垂直條帶。 德瑟羅斯中的新方法將有助于理解信息是如何在大腦回路中存儲和展示的。烏瑟最近進行了類似的研究，“如果我們通過這些方法能夠弄清楚大腦是如何控制感知的，那么我們就可以真正地模擬出感覺，”他說，“只要做到這一點就可以制造假肢，幫助大腦感知世界?！?/span> 在過去的十幾年中，德瑟羅斯將光遺傳學(xué)技術(shù)帶進了神經(jīng)學(xué)研究領(lǐng)域，研究人員通過基因工程設(shè)計，就可以控制不同類型的神經(jīng)元在受到光刺激時開啟或關(guān)閉。早在2012年，德瑟羅斯和他的同事們就發(fā)現(xiàn)可以用該方法激活一個小鼠腦細(xì)胞，接著，他們依次對一組細(xì)胞進行了刺激。 在最近的論文中，德瑟羅斯和他的團隊展示了一種控制腦細(xì)胞活動的新方法。他們測試了多種天然蛋白質(zhì)后，發(fā)現(xiàn)了一種蛋白質(zhì)和光遺傳蛋白質(zhì)功能上互補，且不會互相干擾，這意味著兩者可以同時起作用，這就使研究人員能夠同時刺激并使神經(jīng)元成像。 研究小組還證明，這種新的方法可以讓我們進一步了解大腦如何感知感覺信息，麻省理工學(xué)院的神經(jīng)科學(xué)教授伊甘卡·蘇爾說道，“在干預(yù)一些神經(jīng)元的情況下，我們就可以理解，影響或恢復(fù)感知，”不過他并沒有參與這項研究。 烏瑟指出，目前尚不清楚人類大腦的其他感知能力，比如嗅覺、聽覺和觸覺是否也有同樣的反應(yīng)，他說，“也許聽覺皮層的情況是截然不同的，我們還不得而知。” 但德瑟羅斯說，他曾獲得的一些線索表明，人類大腦功能與小鼠是相似的。他曾經(jīng)接觸過一位患有視覺釋放性幻覺的腦部疾病患者，這種疾病一般發(fā)生在成年失明時，患者會自發(fā)形成良好的視覺幻覺。德瑟羅斯說，抗精神病藥物通常解決不了這種疾病，但是一種抑制某些腦細(xì)胞活動的癲癇藥物對患者產(chǎn)生了作用。這一觀察結(jié)果與他在小鼠大腦中看到的情況相符，即某些細(xì)胞的活動使其產(chǎn)生了幻覺。 接下來，德瑟羅斯計劃觀察他所刺激小鼠細(xì)胞的其他特征，包括它們產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，以及細(xì)胞之間的連接狀況。下一步，他還將追蹤細(xì)胞之間傳遞的信號，來弄清楚這些信息在大腦中傳遞的過程，從而進一步描繪哺乳動物大腦的運作情況。 原文鏈接： https://www./article/how-to-make-a-mouse-hallucinate/ 《環(huán)球科學(xué)》8月新刊現(xiàn)已上市 |
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